Устройство плк

Аппаратно ПЛК является вычислительной машиной. Поэтому архитектура его процессорного ядра практически не отличается от архитектуры компьютера. Отличия заключены в составе периферийного оборудования, отсутствуют видеоплата, средства ручного ввода и дисковая подсистема. Вместо них ПЛК имеет блоки входов и выходов.

Конструктивно контроллеры подразделяют на моноблочные, модульные и распределенные. Моноблочные, или одноплатные, ПЛК имеют фиксированный набор входов-выходов. В модульных контроллерах модули входов-выходов устанавливаются в разном составе и количестве в зависимости от требуемой конфигурации. Так достигается минимальная аппаратная избыточность. В распределенных системах модули или даже отдельные входы - выходы, образующие единую систему управления, могут быть разнесены на значительные расстояния.

Характерным для современных контроллеров является использование многопроцессорных решений. В этом случае модули ввода - вывода имеют собственные микропроцессоры, выполняющие необходимую предварительную обработку данных. Модуль центрального процессора имеет выделенную скоростную магистраль данных для работы с памятью и отдельную магистраль (сеть) для общения с модулями ввода-вывода.

Еще одним вариантом построения ПЛК является мезонинная технология. Все силовые цепи, устройства защиты контроллера выполняются на несущей штате. Процессорное ядро контроллера, включающее систему исполнения, выполнено на отдельной сменной (мезонинной) плате. В результате появляется возможность составлять несколько комбинаций процессорного ядра и разных силовых плат без необходимости корректировки программного обеспечения. При необходимости процессор можно заменить даже в готовой системе.

Системное и прикладное программное обеспечение

Системное программное обеспечение (СПО) непосредственно контролирует аппаратные средства ПЛК. СПО отвечает за тестирование и индикацию работы памяти, источника питания, модулей ввода-вывода и интерфейсов, таймеров и часов реального времени. Система исполнения кода прикладной программы является составной частью СПО. Система исполнения включает драйверы модулей ввода-вывода, загрузчик кода программ пользователя, интерпретатор команд и отладочный монитор. Код СПО расположен в ПЗУ и может быть изменен только изготовителем ПЛК.

Код прикладной программы размещается в энергонезависимой памяти, чаще всего это электрически перепрограммируемые микросхемы. Изменение кода прикладной программы выполняется пользователем ПЛК при помощи системы программирования и может быть выполнено многократно.

Контроль времени рабочего цикла

Правильно составленная пользовательская программа не должна содержать бесконечных циклов. В противном случае управление системе исполнения не будет передано, и, соответственно, нормальное функционирование контроллера будет нарушено. Для преодоления данной проблемы служит контроль времени цикла. Контроль осуществляется при поддержке аппаратно реализованного сторожевого таймера Если фаза пользовательского кода выполняется дольше установленного порога, то ее работа будет прервана. Таким образом, достигается предсказуемое поведение ПЛК при ошибках в программе и при зависании по причине аппаратных сбоев.

Обслуживание сторожевого таймера выполняется в рабочем цикле ПЛК. Выполнять эту операцию по прерыванию нельзя, поскольку при зависании процессора система прерываний достаточно часто продолжает исправно работать.

Электрические исполнительные механизмы.

Назначение.

Механизмы исполнительные электрические однооборотные постоянной скорости МЭО и МЭОФ предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Принцип работы механизмов заключается в преобразовании электрического сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройства во вращательное перемещение выходного вала.

Сочленение с арматурой:

- механизмы МЭО устанавливаются на специальных площадках вблизи арматуры и связываются с ней посредством тяг и рычагов;

- механизмы МЭОФ устанавливаются непосредственно на арматуру и соединяются с ней с помощью монтажных частей.

Основные функции:

- автоматическое или дистанционное перемещение рабочего органа;

- автоматический и дистанционный останов рабочего органа арматуры в любом промежуточном положении;

- позиционирование рабочего органа трубопроводной арматуры в любом положении;

- ручное перемещение рабочего органа арматуры;

- формирование информационного сигнала о конечных и промежуточных положениях рабочего органа арматуры и динамике его перемещения.

Основные параметры.

Основными параметрами, определяющими типоразмер механизма, являются:

- номинальный крутящий момент на выходном валу в N. m (ньютон на метр);

- номинальное значение полного хода выходного органа в оборотах;

- номинальное значение времени полного хода выходного вала в секундах.

Значения основных параметров механизмов приводятся в каталоге для каждой группы и типоразмера механизма.

Необходимый крутящий момент обеспечивается подбором мощности электродвигателя механизма, передаточного отношения редуктора и его коэффициента полезного действия. Величина крутящего момента определяет габаритные размеры и массу механизма.

Механизмы обеспечиваю фиксацию положения выходного вала при отсутствии напряжения питания.

Пусковой крутящий момент механизмов при номинальном напряжении питания превышает номинальных крутящий момент не менее чем в 1,7 раза.

Люфт выходного вала механизмов это разность положений выходного органа исполнительного механизма при приложении к нему момента (силы) в прямом и обратном направлениях, работающего с установившейся скоростью, с момента включения до полной остановки. Люфт выходного вала механизмов при нагрузке (25 – 27) % значения номинальной нагрузки для механизмов с номинальным моментом до 100 N. M и (5 – 6) % для остальных механизмов не превышает:

- 10 – для механизмов с номинальным моментом на выходном валу до 40 N. M;

- 0,750 – для механизмов с номинальным моментом на выходном валу более 40 N. M.

Степень защиты оболочки механизмов не ниже IP 54 по ГОСТ 14254.

Динамические характеристики механизмов.

Выбег выходного вала – это перемещение выходного органа разность перемещения выходного органа механизма, работающего с установившейся скоростью, с момента включения до полной остановки.

Выбег выходного вала:

- 1 % полного хода выходного вала – для механизмов с временем полного хода не более 15 сек;

- 0,5 % полного хода выходного вала – для механизмов с временем полного хода не более 20 сек и более;

- 0,25 % полного хода выходного вала – для механизмов с временем полного хода не более 50 сек и более.

Электрическое питание механизмов:

- однофазный ток напряжением 220 В частотой 50 Гц; 220, 230, 240 В частотой 60 Гц;

- трехфазный ток напряжением 220/380 В частотой 50 Гц; 220/380, 230/400, 240/415 В частотой 60 Гц.

Электрическое питание блоков сигнализации положения:

Электрическое питание блока БСПТ:

- источник постоянного тока напряжением 24 В и током не менее 0,1 А с отклонениями по напряжению плюс 4 и минус 6 В;

- однофазная сеть переменного тока номинальным напряжением 220 или 230, или 240 В частотой 50 Гц, или 220 В частотой 60 Гц с использованием выносного блока питания БП-20 (БП-10 – в ранее выпускавшихся механизмах), поставляемого в составе механизма;

- однофазная сеть переменного тока номинальным напряжением 220 или 230, или 240 В частой 50 Гц, или 220 В частотой 60 Гц с использованием внутреннего источника питания БП-20 в механизмах МЭО-92Кб.

Электрическое питание блока БСПР:

- сеть переменного тока напряжением до 12 В частотой 50 или 60 Гц;

- сеть постоянного тока напряжением до 12 В.

Электрическое питание блока БСПИ:

- сеть переменного тока напряжением 24 В и током не менее 0,1 А с отклонениями по напряжению плюс 4 минус 6 В;

- однофазная сеть переменного тока напряжением 220 или 230, или 240 В частотой 50 Гц, или 220 В частотой 60 Гц с использованием внешнего блока питания БП-24, не входящего в состав поставки механизма.

Устройство.

Механизмы состоят из следующих основных узлов: электродвигатель, редуктор, блок сигнализации положения, привод ручной. рычаг – в механизмах МЭО, фланец – в механизмах МЭОФ.

Двигатель.

В механизмах используют электродвигатели:

- синхронные низкооборотные с частотой вращения 150 об/мин;

– для механизмов с крутящим моментом до 250 N. m.;

- асинхронные двигатели - для механизмов с крутящим моментом от 250 N. m. до 4000 N. m.

Двигатели обеспечивают повторно-кратковременный режим работы механизмов с частыми пусками

Управление работой механизмов контактное и бесконтактное при помощи пускателей бесконтактных реверсивных ПБР или усилителей тиристорных трехпозиционных. В системах автоматического регултрования в основном используется бесконтактный способ управления как более надежный.

Редуктор.

Редуктор является основным узлом, к которому присоединяются все остальные узлы.

Понижение частоты вращения и увеличение крутящего момента, создаваемых двигателем, осуществляется посредством многоступенчатых цилиндрических или комбинированных червячно-зубчатых передач. валы вращаются на шарикоподшипниках.

Блок сигнализации положения выходного вала.

Предназначен для преобразования положения выходного вала механизма в пропорциональный электрических сигнал, либо изменения активного или реактивного сопротивления в зависимости от типа датчиков. А также для сигнализации и (или) блокирования в крайних или промежуточных положениях выходного вала.

Механизмы оснащают одним из видов блока сигнализации положения выходного вала с датчиком обратной связи (блок датчика): реостатным БСПР, индуктивным БСПИ, токовым БСПТ с унифицированным токовым сигналом. В условном обозначении механизма ставят соответственно следующие буквы - «Р», «И», «У».